JP6333109B2 - 複合熱源ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合熱源ヒートポンプ装置に係り、特に、空気熱および地中熱を熱源とする複合熱源ヒートポンプ装置に関する。

近時、太陽の熱を受けて大地に蓄えられた「地中熱」は、年間を通して温度変化が少ないためこの地中熱エネルギーを有効活用できる地中熱ヒートポンプが注目されている。特に、地中熱ヒートポンプは、冬の寒さが厳しい寒冷地でも安定した暖房ができるという特質を有する。

従来、地中熱ヒートポンプと空気熱ヒートポンプを、放熱端末側の熱媒（循環液）が循環する循環回路に対して直列に連結した複合熱源ヒートポンプ装置が創案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載された複合熱源ヒートポンプ装置では、外気温センサで検出した外気温度に基づいて、地中熱と空気熱のうち熱交換効率のよい方を優先側のヒートポンプ回路、他方を補助側のヒートポンプ回路に設定して、温水回路内を循環する温水を所定温度まで上昇させて、床暖房パネル等の暖房端末を加熱している。
そして、外気温センサは、送風ファンが空気熱ヒートポンプ回路の熱交換器に送風する外気の温度を検出している。

特開２０１４−３５１０９号公報（請求項１、段落００１７〜００２１、図１参照）

しかしながら、特許文献１に記載された複合熱源ヒートポンプ装置では、外気温センサは、送風ファンが空気熱ヒートポンプ回路の熱交換器に送風する外気の温度を検出しているため、送風ファンが回転している時（空気熱ヒートポンプ回路が駆動中）と、送風ファンが回転していない時（空気熱ヒートポンプ回路が停止中）とでは、空気の流れが異なり、外気温センサが検出する外気温度（検出値）に差が生じる場合がある。

例えば、空気熱ヒートポンプ回路の熱交換器に送風する送風ファンが回転していない時は、空気が滞留して日射や機器からの放熱等によって、本来よりも高い外気温度を検出する場合がある。一方、空気熱ヒートポンプ回路が起動して送風ファンが回転し始めると、熱交換器に送風する空気（外気）が流動するので本来の外気温度を検出するようになる。

つまり、送風ファンが回転していない時と回転している時とで外気温センサによる外気温度の検出値が変動して、優先動力源として駆動されるヒートポンプ回路（優先側のヒートポンプ回路）と補助動力源として駆動されるヒートポンプ回路（補助側のヒートポンプ回路）の切り替えが不用意に発生するという問題があった。

従来の複合熱源ヒートポンプ装置の動作について、図７を参照しながら説明する。図７は、従来の複合熱源ヒートポンプ装置の動作を示すグラフであり、（ａ）は外気温センサが検出した外気温度の推移を示し、（ｂ）は空気熱ヒートポンプ回路と地中熱ヒートポンプ回路の駆動状態を模式的に示す。

従来の複合熱源ヒートポンプ装置は、外気温センサで検出した外気温度が所定の基準温度θ３（５度）よりも高い場合には、空気熱ヒートポンプ回路（空気熱ＨＰ）の方が地中熱ヒートポンプ回路（地中熱ＨＰ）よりも採熱効率が高いため、空気熱ヒートポンプ回路の圧縮機を優先動力源と判定し、地中熱ヒートポンプ回路の圧縮機を補助動力源と判定する。

一方、外気温度が所定の基準温度θ３（５度）よりも低い場合には、地中熱ヒートポンプ回路（地中熱ＨＰ）の方が空気熱ヒートポンプ回路（空気熱ＨＰ）よりも採熱効率が高いため、地中熱ヒートポンプ回路の圧縮機を優先動力源と判定し、空気熱ヒートポンプ回路の圧縮機を補助動力源と判定する。

このため、従来の複合熱源ヒートポンプ装置では、外気温度がθ３（５度）を少し超えている状態から（時刻ｔ０）、運転スイッチをＯＮにすると（時刻ｔ１）、以下のような不用意な動作を行う場合がある。

すなわち、従来の複合熱源ヒートポンプ装置は、停止しているときには、空気熱ヒートポンプ回路の送風ファンが回転していないため、空気が滞留して日射や機器からの放熱等によって、外気温センサが本来よりも高い外気温度を検出する場合がある。
したがって、外気温度がθ３（５度）を少し超えている状態から（時刻ｔ０）、運転スイッチをＯＮにすると（時刻ｔ１）、空気熱ヒートポンプ回路が起動して送風ファンが回転するので、空気の流動が生じる。このとき外気温センサは、流動する空気の温度を検知するので、外気温度の検出値がθ３（５度）を下まわる場合がある（時刻ｔ２〜）。

そうすると、優先側と補助側のヒートポンプ回路が切り替わるので、今度は地中熱ヒートポンプ回路が起動して空気熱ヒートポンプ回路が停止される（時刻ｔ２）。空気熱ヒートポンプ回路が停止されると（時刻ｔ２）、送風ファンが回転していない時（空気熱ヒートポンプ回路が停止中）は、空気が滞留して日射や機器からの放熱等によって、送風ファンが回転している時よりも高い外気温度を検出しやすいので、外気温度の検出値が上昇するという現象が生じる（時刻ｔ２〜ｔ３）。

外気温度の検出値が上昇してθ３（５度）に到達すると（時刻ｔ２〜ｔ３）、優先側と補助側のヒートポンプ回路が切り替わるので、再び空気熱ヒートポンプが起動して地中熱ヒートポンプ回路が停止される（時刻ｔ３）。

このようにして、従来の複合熱源ヒートポンプ装置では、外気温度の検出値が変動して、優先動力源として駆動されるヒートポンプ回路（優先側のヒートポンプ回路）と補助動力源として駆動されるヒートポンプ回路（補助側のヒートポンプ回路）の切り替えが不用意に、しかも頻繁に発生してしまう現象が起き、効率が悪いとされる立ち上げ動作が頻繁に発生する場合があった（時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６では地中熱ヒートポンプの立ち上げ動作、時刻ｔ３，ｔ５では空気熱ヒートポンプの立ち上げ動作）。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、第２圧縮機が優先動力源である状態から補助動力源である状態に適切なタイミングで切り替えて、不用意な切り替えを抑制して熱効率を向上させることができる複合熱源ヒートポンプ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、放熱端末に循環液を循環させる加熱循環回路と、この加熱循環回路に配設された凝縮器としての第１加熱熱交換器と、前記加熱循環回路における第１加熱熱交換器の下流側に直列に配設された凝縮器としての第２加熱熱交換器と、地中熱を熱源として回路内を循環する冷媒を加熱する地中熱源熱交換器と回路内を循環する冷媒を圧縮する第１圧縮機とを備え前記第１加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路と、空気熱を熱源として回路内を循環する冷媒を加熱する空気熱源熱交換器と回路内を循環する冷媒を圧縮する第２圧縮機とを備え前記第２加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路と、前記空気熱源熱交換器に外気を送風する送風ファンと、この送風ファンが送風する外気温度を検出する外気温センサと、動作を制御する制御装置と、を有する複合熱源ヒートポンプ装置であって、前記制御装置は、前記外気温センサが検出した外気温度を基準として前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のうち一方を優先動力源、他方を補助動力源と判定し、前記外気温度が所定の切替温度よりも高い場合には前記第２圧縮機を前記優先動力源と判定し、前記外気温度が前記切替温度よりも低い場合には前記第１圧縮機を前記優先動力源と判定する優先回路判定ステップを実行し、前記制御装置は、前記優先回路判定ステップにおいて、前記第２圧縮機を優先動力源である状態から補助動力源である状態に切り替える場合、前記第２圧縮機が停止中のときは、所定の停止時切替温度で切り替え、前記第２圧縮機が駆動中のときは、前記停止時切替温度よりも低く設定した所定の駆動時切替温度で切り替え、前記制御装置は、前記優先回路判定ステップにおいて、前記第２圧縮機を補助動力源である状態から優先動力源である状態に切り替える場合、前記第２圧縮機が停止中のときは、前記停止時切替温度で切り替え、前記第２圧縮機が駆動中のときは、前記停止時切替温度よりも低く前記駆動時切替温度よりも高い所定の切替温度で切り替えること、を特徴とする。

本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、前記第２圧縮機が優先動力源である状態から補助動力源に切り替えるための優先時切替温度を、前記第２圧縮機が駆動している時（θ１）と停止している時（θ３）によってそれぞれ別個に設定する。

このため、本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、前記第２圧縮機が駆動している時と停止している時とで、外気温センサが検出する外気温度（検出温度）に差が生じるようなときであっても、適切に前記第２圧縮機が優先動力源である状態から補助動力源に切り替えることができる。

また、本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、前記第２圧縮機が駆動している時の優先時切替温度を前記第２圧縮機が停止している時よりも低くしたことで、前記第２圧縮機が駆動している時の方が、停止している時よりも検出値が低くなるような場合であっても、適切なタイミングで第２圧縮機を優先動力源から補助動力源へ切り替えることができる。
また、制御装置は、第２圧縮機を補助動力源である状態から優先動力源である状態に切り替える場合、第２圧縮機が駆動中のときは、停止時切替温度よりも低く駆動時切替温度よりも高い所定の切替温度で切り替える。このように、停止時切替温度よりも低い切替温度で切り替えることによって本来の外気温度に合わせて適切なタイミングで切り替えることができるとともに、駆動時切替温度よりも高い切替温度で切り替えることによって優先側と補助側との切り替えが頻繁に発生しないようにすることができる。

本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、第２圧縮機が優先動力源である状態から補助動力源である状態に適切なタイミングで切り替えて、不用意な切り替えを抑制して熱効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置の主要なユニットを示す外観構成図である。 本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置の全体構成を示す構成図である。 本発明の実施例１に係る優先動力源の圧縮機のみを駆動（補助動力源の圧縮機を停止）する場合における優先回路判定ステップの動作を示すグラフであり、（ａ）は外気温センサが検出した外気温度の推移を示し、（ｂ）は空気熱ヒートポンプ装置と地中熱ヒートポンプ装置の駆動状態を模式的に示す。 本発明の実施例２に係る優先動力源の圧縮機と補助動力源の圧縮機を両方とも駆動させる場合における２台運転時の動作を示すグラフであり、（ａ）は外気温センサが検出した外気温度の推移を示し、（ｂ）は空気熱ヒートポンプ装置と地中熱ヒートポンプ装置の駆動状態を模式的に示す。 本発明の実施例３に係る優先動力源の圧縮機のみを駆動（補助動力源の圧縮機を停止）する場合と、優先動力源の圧縮機と補助動力源の圧縮機を両方とも駆動させる場合における１台運転と２台運転が混在するときの動作を示すグラフであり、（ａ）は外気温センサが検出した外気温度の推移を示し、（ｂ）は空気熱ヒートポンプ装置と地中熱ヒートポンプ装置の駆動状態を模式的に示す。 本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置の動作を示す整理表であり、第２圧縮機が停止している時と駆動している時の切替温度を示す。 従来の複合熱源ヒートポンプ装置の動作を示すグラフであり、（ａ）は外気温センサが検出した外気温度の推移を示し、（ｂ）は空気熱ヒートポンプ装置と地中熱ヒートポンプ装置の駆動状態を模式的に示す。

本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１の構成について適宜図１と図２を参照しながら詳細に説明する。
複合熱源ヒートポンプ装置１は、図１に示すように、放熱端末２に熱媒としての循環液Ｌ（例えば、温水）を循環させる加熱熱交換部３と、地中熱を熱源とする地中熱ヒートポンプ装置４と、空気熱を熱源とする空気熱ヒートポンプ装置５と、動作を制御する制御装置６（６１，６２）と、制御装置６に信号を送るリモコン６０と、を備えている。

複合熱源ヒートポンプ装置１は、図２に示すように、第１ヒートポンプ回路である地中熱ヒートポンプ装置４と、第２ヒートポンプ回路である空気熱ヒートポンプ装置５とを直列に連結したハイブリッド型のヒートポンプ装置であり、暖房装置および冷房装置として機能させることができるが、以下の実施形態においては主として暖房装置として使用している場合の構成要素および動作について説明する。

放熱端末２（２１，２２）は、図２に示すように、被空調空間を加熱する床暖房パネルやパネルコンベクタであり、複数を配設することができるが、数量や仕様が特に限定されるものではないため、詳細な説明は省略する。

加熱熱交換部３は、放熱端末２に循環液Ｌを循環させる加熱循環回路３１と、加熱循環回路３１に配設され循環液Ｌを圧送する加熱循環ポンプ３２と、放熱端末２に供給する循環液Ｌの供給をそれぞれ制御する熱動弁３３（３３ａ，３３ｂ）と、放熱端末２から流出して戻ってくる循環液Ｌの温度を計測する端末温度センサ３４と、流路の圧力を調整するシスターン３５と、を備えている。

加熱循環回路３１は、地中熱ヒートポンプ装置４の凝縮器としての第１加熱熱交換器４１と、空気熱ヒートポンプ装置５の凝縮器としての第２加熱熱交換器５１と、を備えている。
第１加熱熱交換器４１は、加熱循環回路３１における第２加熱熱交換器５１の上流側に直列に配設されている。

かかる構成により、冬季の寒冷地等において外気温が低く暖房負荷が過大になるような環境では、第１加熱熱交換器４１が加熱した循環液Ｌをさらに第２加熱熱交換器５１で加熱することができるため、放熱端末２を加熱する循環液Ｌを迅速に目標温度まで到達させることができる。

端末温度センサ３４は、加熱循環回路３１における第１加熱熱交換器４１の上流側に配設され、放熱端末２から流出した循環液Ｌの温度を検出して快適な暖房が得られるように制御装置６で制御する。

地中熱ヒートポンプ装置４は、第１加熱熱交換器４１に高温の冷媒Ｃ１（例えば、Ｒ４１０ＡやＲ３２等のＨＦＣ冷媒や、二酸化炭素冷媒）を供給する冷媒循環路４２と、第１加熱熱交換器４１に冷媒Ｃ１を圧縮して送出する第１圧縮機４３と、第１圧縮機４３で圧縮された冷媒Ｃ１の温度を検出する温度センサ４２ａと、第１加熱熱交換器４１から流出された冷媒Ｃ１を減圧する第１膨張弁４４と、第１膨張弁４４によって減圧された低温の冷媒Ｃ１の温度を検出する温度センサ４２ｂと、第１膨張弁４４によって減圧された低温の冷媒Ｃ１を加熱する地中熱源熱交換器４５と、地中熱源熱交換器４５に熱媒Ｈ１（例えば、不凍液）を供給する熱媒循環路４６と、熱媒循環路４６の熱媒Ｈ１を圧送する地中熱循環ポンプ４７と、熱媒循環路４６に配設された地中熱交換器４８と、熱媒循環路４６の圧力を調整するシスターン４９と、を備えている。

かかる構成により、地中熱ヒートポンプ装置４は、地中熱源熱交換器４５では、熱媒循環路４６を循環する熱媒Ｈ１と冷媒循環路４２を循環する冷媒Ｃ１とが対向して流れて熱交換が行われるため、地中熱交換器４８が採熱した地中熱を冷媒Ｃ１に伝達する。そして、この冷媒Ｃ１を第１圧縮機４３により圧縮して第１加熱熱交換器４１に供給する。
第１加熱熱交換器４１では、第１圧縮機４３により圧縮された高温の冷媒Ｃ１と加熱循環回路３１を通って放熱端末２から戻ってきた低温の循環液Ｌとが対向して流れて熱交換が行われ、循環液Ｌを加熱するようになっている。

空気熱ヒートポンプ装置５は、第２加熱熱交換器５１に高温の冷媒Ｃ２（例えば、Ｒ４１０ＡやＲ３２等のＨＦＣ冷媒や、二酸化炭素冷媒）を供給する冷媒循環路５２と、第２加熱熱交換器５１に冷媒Ｃ２を圧縮して送出する第２圧縮機５３と、第２圧縮機５３で圧縮された冷媒Ｃ２の温度を検出する温度センサ５２ａと、第２加熱熱交換器５１から流出された冷媒Ｃ２を減圧する第２膨張弁５４と、第２膨張弁５４によって減圧された低温の冷媒Ｃ２の温度を検出する温度センサ５２ｂと、第２膨張弁５４によって減圧された低温の冷媒Ｃ２を加熱する空気熱源熱交換器５５と、空気熱源交換器５５に外気を送風する送風ファン５６と、送風ファン５６が送風する外気温度θ（図３参照）を検出する外気温センサ５７と、冷媒循環路５２における冷媒Ｃ２の流れ方向を変えて暖房と冷房を切り替える４方弁５８と、を備えている。
空気熱源熱交換器５５は、送風ファン５６から送風される外気と冷媒Ｃ２との熱交換を行って冷媒Ｃ２を加熱する。

かかる構成により、空気熱ヒートポンプ装置５は、第２加熱熱交換器５１では、第２圧縮機５３により圧縮された高温の冷媒Ｃ２と加熱循環回路３１の上流側に配設された第１加熱熱交換器４１から流出してくる循環液Ｌとが対向して流れて熱交換が行われ、第１加熱熱交換器４１で加熱された循環液Ｌをさらに加熱できるようになっている。

制御装置６は、加熱熱交換部３および地中熱ヒートポンプ装置４の動作を制御する地中熱ヒートポンプ制御装置６１と、空気熱ヒートポンプ装置５の動作を制御する空気熱ヒートポンプ制御装置６２と、を備えている。制御装置６は、外気温センサ５７や温度センサ４２ａ，４２ｂ等の各温度センサ、およびリモコン６０からの信号を受けて、複合熱源ヒートポンプ装置１の動作を制御できるようになっている。

制御装置６は、外気温センサ５７が検出した外気温度θ（図３参照）に応じて、地中熱ヒートポンプ装置４および空気熱ヒートポンプ装置５のうちどちらの熱効率（ＣＯＰ）が高いかを判定して、熱効率が高い方を優先側のヒートポンプ装置、熱効率が低い方を補助側のヒートポンプ装置と判定する優先回路判定ステップを実行する。

制御装置６は、地中熱ヒートポンプ装置４または空気熱ヒートポンプ装置５のどちらか一方（優先側のヒートポンプ装置）を作動させると共に加熱循環ポンプ３２を駆動させる、あるいは地中熱ヒートポンプ装置４および空気熱ヒートポンプ装置５の双方（優先側と補助側のヒートポンプ装置）を作動させると共に加熱循環ポンプ３２を駆動させて、加熱循環回路３１を循環する循環液Ｌを加熱する暖房運転を実行する。

このような暖房運転では、その立ち上げ時には、循環液Ｌの温度がリモコン６０等により設定された目標温度に到達するまでは、いわゆる立ち上げ運転制御（不図示）を実行し、目標温度に到達した後は、いわゆる通常運転制御（不図示）を実行する。

立ち上げ運転制御は、特に限定されるものではなく、優先側のヒートポンプ装置のみを駆動してもよいし、優先側と補助側のヒートポンプ装置の双方を駆動してもよい。
通常運転制御は、特に限定されるものではなく、優先側のヒートポンプ装置のみを駆動してもよいし、優先側と補助側のヒートポンプ装置の双方を駆動してもよい。

なお、以下、説明の便宜上、第１圧縮機４３および第２圧縮機５３のうち、優先側のヒートポンプ装置を構成する優先動力源の圧縮機を圧縮機ＨＰ１といい、補助側のヒートポンプ装置を構成する補助動力源の圧縮機を圧縮機ＨＰ２という。

続いて、本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１の優先回路判定ステップにおける動作について主として図３から図６を参照しながら説明する。
参照する図３は、実施例１を示し、補助動力源の圧縮機ＨＰ２を停止して優先動力源の圧縮機ＨＰ１のみを駆動する場合における動作を示す。図４は、実施例２を示し、優先動力源の圧縮機ＨＰ１と補助動力源の圧縮機ＨＰ２を両方とも駆動させる場合における動作の例であり、リモコン６０の運転スイッチをＯＮにしてからずっと２台で運転する状態を示す。図５は、実施例３を示し、補助動力源の圧縮機ＨＰ２を停止して優先動力源の圧縮機ＨＰ１のみを駆動する場合と、優先動力源の圧縮機ＨＰ１と補助動力源の圧縮機ＨＰ２を両方とも駆動させる場合とが混在した他の例であり、運転スイッチをＯＮにしてから１台運転と２台運転が混在する状態を示す。図６は、第２圧縮機５３（空気熱ＨＰ）が停止し送風ファン５６が停止している時と、第２圧縮機５３（空気熱ＨＰ）が駆動し送風ファン５６が駆動している時の切替温度を示す整理表である。

〈優先回路判定ステップ〉
優先回路判定ステップでは、第２圧縮機５３が優先動力源である状態から補助動力源に切り替えるための優先時切替温度を、第２圧縮機５３が駆動している時（θ１）の方が第２圧縮機が停止している時（θ３）よりも低く設定される。

つまり、制御装置６は、優先回路判定ステップにおいて、第２圧縮機５３が停止中は優先時切替温度を所定の停止時切替温度θ３（図３参照）で切り替え、第２圧縮機５３が駆動中は停止時切替温度θ３よりも低く設定した所定の駆動時切替温度θ１（図３参照）で切り替える。

＜実施例１＞
実施例１では、図３に示すように、外気温センサ５７（図２参照）で検出した外気温度θが所定の基準温度θ３（例えば、５度）よりも高い場合には（ｔ０〜ｔ１）、空気熱ヒートポンプ装置５（空気熱ＨＰ）の方が地中熱ヒートポンプ装置４（地中熱ＨＰ）よりも採熱効率が高いため、第２圧縮機５３（空気熱ＨＰ）を優先動力源と判定し、第１圧縮機４３（地中熱ＨＰ）を補助動力源と判定する（ｔ１）。
この時、複合熱源ヒートポンプ装置１の運転スイッチがＯＦＦの状態であるから（ｔ０〜ｔ１）、第２圧縮機５３は優先動力源に設定された状態で停止している（ｔ１）。

そして、使用者（不図示）が複合熱源ヒートポンプ装置１の運転スイッチをＯＮにすると（ｔ１）、制御装置６は、補助動力源の圧縮機ＨＰ２である第１圧縮機４３を停止した状態で、優先動力源の圧縮機ＨＰ１である第２圧縮機５３を駆動する。

空気熱ヒートポンプ装置５の第２圧縮機５３を駆動すると（ｔ１〜）、送風ファン５６（図１参照）が回転し始めるので、それまで滞留していた外気が流動して外気温センサ５７は本来の外気温度θを検出するようになるため外気温センサ５７が検出する外気温度θ（検出値）は次第に下がる傾向を示す（ｔ１〜ｔ２）。

このため、外気温度θは、停止時切替温度θ３を通り過ぎて（ｔ２〜）、さらに下がり続ける場合がある。この時、制御装置６は、優先動力源の圧縮機ＨＰ１である第２圧縮機５３が駆動しているため、第２圧縮機５３が優先動力源である状態から補助動力源に切り替えるための優先時切替温度は駆動時切替温度θ１となっているので、停止時切替温度θ３を通り過ぎても第２圧縮機５３を優先動力源から補助動力源への切り替えは行わない（ｔ２参照）。なお、外気温センサ５７が検出する外気温度θは次第に下がる傾向を示す（ｔ１〜ｔ３）ものであるが、この温度低下は、それまで滞留していた外気が流動した結果として温度が下がるものと、実際の外気温度が低下した結果として温度が下がるものとが含まれている。

外気温度θ（検出値）がさらに下がり続けた場合には第２圧縮機５３が駆動中である時の駆動時切替温度θ１に到達する（ｔ３）。この時まで、第２圧縮機５３は優先動力源に設定された状態で駆動している（〜ｔ３）。
そうすると制御装置６は、優先回路判定ステップにおいて、第２圧縮機５３を優先動力源から補助動力源に切り替えて（ｔ３）、優先動力源の圧縮機ＨＰ１である第２圧縮機５３を停止し、補助動力源の圧縮機ＨＰ２である第１圧縮機４３を駆動する（ｔ３〜）。

つまり、本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１は、第２圧縮機５３が停止中（運転スイッチがＯＦＦ）のときは優先時切替温度を所定の停止時切替温度θ３（例えば、５度）で切り替える（ｔ１）。また、第２圧縮機５３を優先動力源から補助動力源へ切り替える場合には、第２圧縮機５３が駆動中は停止時切替温度θ３よりも低く設定した所定の駆動時切替温度θ１（例えば、０度）で切り替えることで（ｔ３）、適切なタイミングで優先動力源から補助動力源へ切り替えることができるため、不用意な切り替えを抑制して熱効率を向上させることができる。

停止時切替温度θ３（例えば、５度）と駆動時切替温度θ１（例えば、０度）は、送風ファン５６（図１参照）が回転している時と停止している時との外気温度θ（検出値）の変動特性、その他複合熱源ヒートポンプ装置１の仕様や使用環境に応じて適宜設定することができる。

地中熱ヒートポンプ装置４の第１圧縮機５３を駆動して空気熱ヒートポンプ装置５の第２圧縮機５３を停止すると（ｔ３〜）、送風ファン５６（図１参照）が停止するので、それまで流動していた外気が滞留して外気温センサ５７は本来よりも高い外気温度θを検出するようになるため外気温センサ５７が検出する外気温度θ（検出値）はオーバーシュートしながらその後次第に上がる傾向を示す（ｔ３〜ｔ４）。なお、外気温センサ５７が検出する外気温度θは次第に上がる傾向を示すものであるが、この温度上昇は、それまで流動していた外気が滞留した結果として温度が上がるものと、実際の外気温度が上昇した結果として温度が上がるものとが含まれている。

このため、外気温度θは、駆動時切替温度θ１を通り過ぎて（ｔ４）、さらに上がり続ける場合がある。この時、制御装置６は、補助動力源の圧縮機ＨＰ２である第２圧縮機５３が停止しているため、駆動時切替温度θ１を通り過ぎても第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源への切り替えは行わない（ｔ４）。

外気温度θ（検出値）がさらに上がり続けた場合には第２圧縮機５３が停止中である時の停止時切替温度θ３に到達する（ｔ５）。この時まで、第２圧縮機５３は補助動力源に設定された状態で停止している（ｔ３〜ｔ５）。
そうすると制御装置６は、優先回路判定ステップにおいて、第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源に切り替えて（ｔ５）、優先動力源の圧縮機ＨＰ１である第１圧縮機４３を停止し、補助動力源の圧縮機ＨＰ２である第２圧縮機５３を駆動する（ｔ５〜）。

つまり、本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１は、第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源へ切り替える場合には、第２圧縮機５３が停止中のときは優先時切替温度を所定の停止時切替温度θ３（例えば、５度）で切り替え（ｔ５）、第２圧縮機５３を優先動力源から補助動力源へ切り替える場合には、第２圧縮機５３が駆動中のときは停止時切替温度θ３よりも低く設定した所定の駆動時切替温度θ１（例えば、０度）で切り替えることで（ｔ３）、適切なタイミングで優先動力源と補助動力源とを切り替えることができるため、不用意な切り替えを抑制して熱効率を向上させることができる。

＜実施例２＞
実施例２では、図４に示すように、時刻ｔ１において、外気温センサ５７で検出した外気温度θが所定の基準温度θ３（例えば、５度）よりも高いので、第２圧縮機５３を優先動力源と判定し、第１圧縮機４３を補助動力源と判定するのは実施例１と同様であるので詳細な説明は省略する。また、以下の説明において、実施例１と同様の動作についてはその旨を記載して詳細な説明は省略する。

使用者（不図示）が複合熱源ヒートポンプ装置１の運転スイッチをＯＮにすると（ｔ１）、制御装置６は、補助動力源の圧縮機ＨＰ２である第１圧縮機４３を所定の下限回転速度で駆動した状態で、優先動力源の圧縮機ＨＰ１である第２圧縮機５３を第１圧縮機４３よりも高い所定の上限回転速度で駆動する。
なお、下限回転速度、および上限回転速度は、熱効率を考慮して適宜設定することができ、特に限定されるものではないので、詳細な説明は省略する。

空気熱ヒートポンプ装置５の第２圧縮機５３を駆動すると（ｔ１〜）、送風ファン５６（図１参照）が回転し始めるので、外気温センサ５７が検出する外気温度θ（検出値）は第２圧縮機５３が駆動中である時の駆動時切替温度θ１に到達するのは実施例１と同様である（〜ｔ３）。

そうすると制御装置６は、第２圧縮機５３を優先動力源から補助動力源に切り替えて（ｔ２）、優先動力源の圧縮機ＨＰ１である第２圧縮機５３を下限回転速度で駆動し、補助動力源の圧縮機ＨＰ２である第１圧縮機４３を上限回転速度で駆動する（ｔ３〜）。

そして、外気温センサ５７が検出する外気温度θ（検出値）はオーバーシュートしながら次第に上がる傾向を示し（ｔ３〜ｔ４）、停止時切替温度θ３よりも低く設定された駆動時切替温度θ２（例えば、３度）に到達する（ｔ５）。なお、外気温センサ５７が検出する外気温度θは次第に上がる傾向を示すものであるが、この温度上昇は、それまで流動していた外気が滞留した結果として温度が上がるものと、実際の外気温度が上昇した結果として温度が上がるものとが含まれている。
この時、第２圧縮機５３は補助動力源に設定された状態であり、下限回転速度で駆動している（〜ｔ５）。

そうすると制御装置６は、優先回路判定ステップにおいて、第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源に切り替えて（ｔ５）、優先動力源の圧縮機ＨＰ１である第１圧縮機４３を下限回転速度で駆動し、補助動力源の圧縮機ＨＰ２である第２圧縮機５３を上限回転速度で駆動する（ｔ５〜）。

ここで、実施例１と実施例２とを比較すると、実施例１では、図３の時刻ｔ５において、第２圧縮機５３は補助動力源に設定された状態で停止していたのに対し、実施例２では、図４の時刻ｔ５において第２圧縮機５３は補助動力源に設定された状態である点で共通し、下限回転速度で駆動している点で相違する。また、第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源に切り替える点で共通する。

また、実施例１（補助動力源として停止中）では、図３の時刻ｔ５において、切り替え温度が外気温度θ３（例えば、５度）であるのに対し、実施例２（補助動力源として駆動中）では、図４の時刻ｔ５において、切り替え温度が、実施例１（補助動力源として停止中）の切替温度（外気温度θ３）よりも低い外気温度θ２（例えば、３度）である点で相違する。

つまり、第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源へ切り替える場合において、実施例１（図３参照）に示すように、第２圧縮機５３が停止中のときは所定の停止時切替温度θ３（図３の時刻ｔ５参照）で切り替え、第２圧縮機５３が駆動中のときは、実施例２に示すように、所定の駆動時切替温度θ２（図４の時刻ｔ５参照）で切り替える。

かかる構成により、実施例２では、第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源へ切り替える場合には、停止時切替温度θ３（例えば、５度）よりも低く設定した所定の駆動時切替温度θ２（例えば、３度）で切り替えることで、停止時切替温度θ３（図３の時刻ｔ５参照）と駆動時切替温度θ２（図４の時刻ｔ５参照）をそれぞれ別個に設定しているため、第２圧縮機５３の停止中に外気温センサ５７が検出する外気温度θ（検出温度）に合わせて適切に停止時切替温度θ３（例えば、５度）を設定し、第２圧縮機５３の駆動中に外気温センサ５７が検出する外気温度θ（検出温度）に合わせて適切に駆動時切替温度θ２（例えば、３度）を設定することができる。

また、実施例２では、第２圧縮機５３が停止中の停止時切替温度θ３を第２圧縮機５３が駆動中の駆動時切替温度θ２よりも高く設定することで、第２圧縮機５３の停止中の外気温度θ（検出温度）が駆動中の外気温度θ（検出温度）よりも高く検出するような場合であっても、本来の外気温度に合わせて適切なタイミングで切り替えることができるため、不用意な切り替え動作を抑制して立ち上げ動作の回数を減少させ熱効率を向上させることができる。

また、実施例２では、第２圧縮機５３が駆動している場合において、第２圧縮機５３が優先動力源である状態から補助動力源に切り替えるための優先時切替温度（θ１、ｔ３）よりも、第２圧縮機５３が補助動力源である状態から優先動力源に切り替えるための優先時切替温度（θ２、ｔ５）を高く設定している。

かかる構成により、第２圧縮機５３が駆動している場合において、第２圧縮機５３を優先側から補助側へ切り替える切替温度と、補助側から優先側へと切り替える切替温度に温度差（幅）を持たせて、優先側と補助側との切り替えが頻繁に発生しないようにしている。

＜実施例３＞
実施例３は、図５に示すように、優先動力源のみを駆動して補助動力源を停止した実施例１（図３）と優先動力源および補助動力源の双方を駆動する実施例２（図４）とを組み合わせることで、暖房負荷に応じてより好適に対応できるようにした適用例である。
実施例３では、主として実施例１および実施例２との相違点について説明し、同様の説明は省略する。実施例３では、時刻ｔ１では実施例１と同様であり、優先動力源の第２圧縮機５３のみを駆動する（ｔ１）。

優先動力源の第２圧縮機５３のみを駆動した後（ｔ１）、実施例３では、暖房負荷と暖房出力を対比して、補助動力源の第１圧縮機４３を停止した状態でも暖房負荷に対応できるような場合には優先動力源の第２圧縮機５３のみを駆動し、補助動力源の第１圧縮機４３を停止した状態では暖房負荷に対して暖房出力が不足するような場合には、制御装置６によって補助動力源の第１圧縮機４３を駆動するように制御する（ｔ２〜）。

なお、暖房負荷の判定手段は、目標温度に対する温度上昇率等を計測して判定することができるが、特に限定されるものではないので詳細な説明は省略する。

実施例３における時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、優先動力源である第１圧縮機４３を上限回転速度で駆動し、補助動力源である第２圧縮機５３を下限回転速度で駆動している状態であるが、例えば目標温度に到達して暖房負荷に対する暖房出力を優先動力源である第１圧縮機４３のみで賄えるような場合には、熱効率を向上させるために制御装置６によって補助動力源である第２圧縮機５３を停止するように制御する。

この時、補助動力源である第２圧縮機５３は停止しているので（ｔ４）、制御装置６は、停止時切替温度θ３（例えば、５度）で第２圧縮機５３を補助動力源から優先動力源に切り替えるように動作する（ｔ５）。

続いて、実施例１から実施例３の動作の関係について、図６を参照しながら説明する。図６は、第２圧縮機５３（空気熱ＨＰ）が停止し送風ファン５６が停止している時と、第２圧縮機５３（空気熱ＨＰ）が駆動し送風ファン５６が駆動している時の切替温度を示す。
第２圧縮機５３が停止している場合には、図６の左欄に示すように、外気温センサ５７で検出した外気温度θが所定の基準温度θ３（例えば、５度）よりも高い場合には、空気熱ヒートポンプ装置５の方が地中熱ヒートポンプ装置４よりも採熱効率が高いため、第２圧縮機５３を優先動力源と判定し、第１圧縮機４３を補助動力源と判定する（図３のｔ１，ｔ５、図５のｔ５を参照）。他方、外気温センサ５７で検出した外気温度θが所定の基準温度θ３（例えば、５度）よりも低い場合には、空気熱ヒートポンプ装置５の方がよりも採熱効率が低いため、第２圧縮機５３を補助動力源と判定し、第１圧縮機４３を優先動力源と判定する。

第２圧縮機５３が駆動している場合には、図６の右欄に示すように、第１圧縮機４３（地中熱ＨＰ）が優先動力源であり、第２圧縮機５３が補助動力源であるときは、外気温センサ５７で検出した外気温度θが所定の基準温度θ２（例えば、３度）を上回った時に優先側と補助側を切り替える（図４のｔ５を参照）。

また、第２圧縮機５３が駆動している場合において、図６の右欄に示すように、第２圧縮機５３（空気熱ＨＰ）が優先動力源であるときは、外気温センサ５７で検出した外気温度θが所定の基準温度θ１（例えば、０度）を下回った時に優先側と補助側を切り替える（図３のｔ３，図４のｔ３，図５のｔ３を参照）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、適宜変形して実施することが可能である。例えば、本実施形態においては、第１の圧縮機４３と第２圧縮機５３の回転速度が同じになるように仕様を設定したが、使用される地域や天候、圧縮機の仕様等の使用条件に応じて、第１の圧縮機４３と第２圧縮機５３の回転速度を異なる仕様としてもよい。このような場合には、優先動力源の圧縮機ＨＰ１よりも補助動力源の圧縮機ＨＰ２の回転速度の方が高くなってもよいし低くなってもよい。要するに、第１の圧縮機４３と第２圧縮機５３の熱効率を考慮して、適宜回転速度を設定する。

１ 複合熱源ヒートポンプ装置
２ 放熱端末
３ 加熱熱交換部
４ 地中熱ヒートポンプ装置
５ 空気熱ヒートポンプ装置
６ 制御装置
３１ 加熱循環回路
３２ 加熱循環ポンプ
３４ 端末温度センサ
４１ 第１加熱熱交換器
４２ａ，４２ｂ 温度センサ
４３ 第１圧縮機
４４ 第１膨張弁
４５ 地中熱源熱交換器
４６ 熱媒循環路
４７ 地中熱循環ポンプ
４８ 地中熱交換器
５１ 第２加熱熱交換器
５２ａ，５２ｂ 温度センサ
５３ 第２圧縮機
５４ 第２膨張弁
５５ 空気熱源熱交換器
５６ 送風ファン
５７ 外気温センサ
６１ 地中熱ヒートポンプ制御装置
６２ 空気熱ヒ−トポンプ制御装置
Ｃ１，Ｃ２ 冷媒
Ｈ１ 熱媒
ＨＰ１ 優先動力源の圧縮機
ＨＰ２ 補助動力源の圧縮機
Ｌ 循環液

Claims (1)

1. 放熱端末に循環液を循環させる加熱循環回路と、
   この加熱循環回路に配設された凝縮器としての第１加熱熱交換器と、
   前記加熱循環回路における第１加熱熱交換器の下流側に直列に配設された凝縮器としての第２加熱熱交換器と、
   地中熱を熱源として回路内を循環する冷媒を加熱する地中熱源熱交換器と回路内を循環する冷媒を圧縮する第１圧縮機とを備え前記第１加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路と、
   空気熱を熱源として回路内を循環する冷媒を加熱する空気熱源熱交換器と回路内を循環する冷媒を圧縮する第２圧縮機とを備え前記第２加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路と、
   前記空気熱源熱交換器に外気を送風する送風ファンと、
   この送風ファンが送風する外気温度を検出する外気温センサと、
   動作を制御する制御装置と、を有する複合熱源ヒートポンプ装置であって、
   前記制御装置は、前記外気温センサが検出した外気温度を基準として前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のうち一方を優先動力源、他方を補助動力源と判定し、
   前記外気温度が所定の切替温度よりも高い場合には前記第２圧縮機を前記優先動力源と判定し、前記外気温度が前記切替温度よりも低い場合には前記第１圧縮機を前記優先動力源と判定する優先回路判定ステップを実行し、
   前記制御装置は、前記優先回路判定ステップにおいて、前記第２圧縮機を優先動力源である状態から補助動力源である状態に切り替える場合、前記第２圧縮機が停止中のときは、所定の停止時切替温度で切り替え、前記第２圧縮機が駆動中のときは、前記停止時切替温度よりも低く設定した所定の駆動時切替温度で切り替え、
   前記制御装置は、前記優先回路判定ステップにおいて、前記第２圧縮機を補助動力源である状態から優先動力源である状態に切り替える場合、前記第２圧縮機が停止中のときは、前記停止時切替温度で切り替え、前記第２圧縮機が駆動中のときは、前記停止時切替温度よりも低く前記駆動時切替温度よりも高い所定の切替温度で切り替えること、
   を特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置。

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